CN104600423B - 一种q‑频段超宽带半平面终端天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Q‑频段超宽带半平面终端天线，所述天线为平面结构，包括介质基片，还包括设在介质基片上的作为辐射单元的双偶极子振子，实现能量分配的馈电网络，保证天线实现半平面辐射并控制波束宽度的等效基片集成波导（SIW）半开放腔体，兼顾巴伦、静电屏蔽和宽带匹配作用的天线到SIW的转接；以及介质基片上的若干个金属化通孔；本发明针对终端天线的发展需求，提供了低不圆度、高效率、超宽带，易于控制波束宽度，易集成的天线。

Description

一种Q-频段超宽带半平面终端天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种Q-频段超宽带半平面终端天线。

背景技术

终端天线是无线通信系统中的重要组成部分。近年来，随着现代无线通信技术的不断进步，对移动终端天线提出了越来越高的要求。一方面，多种通信制式共存的现状需要移动终端天线能覆盖较宽频段；另一方面，终端天线作为通信系统的一部分，物理尺寸不宜过大，同时要求天线对于介质底板尺寸的变化或天线位于基片底板相对位置的改变不甚敏感。

目前，科研工作者在射频频段，对终端天线展开了大量的研究，大量平面或准平面的结构得以深入研究和工业化推广应用。然而，在毫米波频段，受到其物理尺寸的制约，有关毫米波终端天线的研究尚未大量展开，相关产品基本处于缺失状态。

同时，在实际应用中，对于终端天线的方向图要求不再仅仅局限在保证全向性上，对后向辐射的抑制也提出了要求。目前，部分手机天线和平板天线为了避免对人体的有害辐射，都要求在某一个区域保持全向特性，而在其他区域辐射的能量相对较少甚至基本不工作。

此外，由于终端天线所在的PCB板一般尺寸较小，电路排布较为紧密，为了综合性能，终端天线及其封装所在区域的尺寸不宜过大，需要保证当天线在介质基片上移动时，方向图基本保持一致。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明在Q-LINKPAN(Q：Q波段，LINK：长距应用，PAN：短距应用)应用背景下，针对终端天线的发展需求，提供了低不圆度、高效率、超宽带，易于控制波束宽度，易集成的天线。

技术方案：一种Q-频段超宽带半平面终端天线，所述天线为平面结构，包括介质基片，还包括设在介质基片上的作为辐射单元的双偶极子振子，实现能量分配的馈电网络，保证天线实现半平面辐射并控制波束宽度的等效基片集成波导(SIW)半开放腔体，兼顾巴伦、静电屏蔽和宽带匹配作用的天线到SIW的转接；以及介质基片上的金属化通孔；所述介质基片包括两个金属面，分别称为介质基片的正面和反面。

具体地，所述双偶极子振子作为辐射单元，包括印刷在介质基片正面的四个第一短矩形贴片和介质基片反面的四个第一短矩形贴片，两组贴片的相对位置完全一致；所述第一短矩形贴片两端打有金属化通孔。

具体地，所述馈电网络，包括印刷在介质基片正面的第一长矩形贴片；所述第一长矩形贴片一端连接第二短矩形贴片；所述第二短矩形贴片两端分别连接弯曲贴片一端，且弯曲贴片另一端与第一短矩形贴片一端连接；所述介质基片正面和反面的弯曲贴片关于第二短矩形贴片镜像对称；所述介质基片正面和反面的第一长矩形贴片和第二短矩形贴片相对位置完全一致。

具体地，所述基片集成波导半开放腔体，包括印刷在介质基片正面的第二长矩形贴片；所述第二长矩形贴片两端垂直连接第三长矩形贴片和第四长矩形贴片；所述第四长矩形贴片平行位置处设有第五长矩形贴片；所述基片集成波导半开放腔体印刷与介质基片正面和反面的贴片相对位置完全一致；所述第三长矩形贴片、第二长矩形贴片和第五长矩形贴片上打有一排金属化通孔；所述第四长矩形贴片一端打有金属化通孔。

具体地，所述天线到基片集成波导的转接，包括印刷在与所述介质基片正面的第四长矩形贴片连接的第六长矩形贴片，所述设于第六长矩形贴片一端的第七长矩形贴片，以及位于介质基片正面的第一等腰梯形贴片和第二等腰梯形贴片；与所述第一等腰梯形贴片短边连接的第八长矩形贴片；所述第二等腰梯形贴片的短边与第一长矩形贴片连接；所述天线到基片集成波导的转接印刷与介质基片正面和反面的贴片相对位置完全一致；所述第六长矩形贴片上打有一排金属化通孔。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、成功控制了该天线的辐射范围，保证天线只在正半平面工作，抑制了天线的后向辐射，避免了天线工作时对人体产生的危害。

2、该天线的辐射特性不受板材尺寸和天线所在位置影响。

3、该天线正平面的波束变化较为平缓，保证了天线对于入射角度的不敏感。

4、该天线的带宽较宽，相对带宽大于40％。

5、该天线的设计方法具有一般性，可以推广至其他毫米波频段。

6、整个天线各部分全部利用印刷电路板工艺生产，成本低、精度高、重复性好，适合大批量生产。

附图说明

图1为本发明总体结构的示意图；

图2为本发明正面结构的示意图；

图3为本发明反面结构的示意图；

图4为本发明反面结构的参数对照图；

图5为天线的输入端反射系数测试的结果图；

图6为天线的方向图测试的结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。

如图1-3所示，1、一种Q-频段超宽带半平面终端天线，所述天线为平面结构，包括介质基片，还包括设在介质基片上的作为辐射单元的双偶极子振子1，实现能量分配的馈电网络2，保证天线实现半平面辐射并控制波束宽度的等效基片集成波导(SIW)半开放腔体3，以及兼顾巴伦、静电屏蔽和宽带匹配作用的天线到SIW的转接4；以及介质基片上的金属化通孔；所述介质基片包括两个金属面，分别称为介质基片的正面和反面。

所述双偶极子振子1作为辐射单元，包括印刷在介质基片正面的四个第一短矩形贴片12和介质基片反面的四个第一短矩形贴片12，两组贴片的相对位置完全一致；所述第一短矩形贴片12两端打有金属化通孔。

所述馈电网络2，包括印刷在介质基片正面的第一长矩形贴片22；所述第一长矩形贴片22一端连接第二短矩形贴片26；所述第二短矩形贴片26两端分别连接弯曲贴片24一端，且弯曲贴片24另一端与第一短矩形贴片12一端连接；所述介质基片正面和反面的弯曲贴片24关于第二短矩形贴片26镜像对称；所述介质基片正面和反面的第一长矩形贴片22和第二短矩形贴片26相对位置完全一致。

所述基片集成波导半开放腔体3，包括印刷在介质基片正面的第二长矩形贴片34；所述第二长矩形贴片34两端垂直连接第三长矩形贴片32和第四长矩形贴片36；所述第四长矩形贴片36平行位置处设有第五长矩形贴片38；所述基片集成波导半开放腔体3印刷与介质基片正面和反面的贴片相对位置完全一致；所述第三长矩形贴片32、第二长矩形贴片34和第五长矩形贴片38上打有一排金属化通孔；所述第四长矩形贴片36一端打有金属化通孔。

所述天线到基片集成波导的转接4，包括印刷在与所述介质基片正面的第四长矩形贴片36连接的第六长矩形贴片406，所述设于第六长矩形贴片406一端的第七长矩形贴片402，以及位于介质基片正面的第一等腰梯形贴片408和第二等腰梯形贴片404；与所述第一等腰梯形贴片408短边连接的第八长矩形贴片410；所述第二等腰梯形贴片404的短边与第一长矩形贴片22连接；所述天线到基片集成波导的转接4印刷与介质基片正面和反面的贴片相对位置完全一致；所述第六长矩形贴片406上打有一排金属化通孔。

本发明采用PCB(印制电路板)工艺将金属贴片制作在厚度为H的介质基片上。

分别位于正面和反面的第一短矩形贴片12以及位于第一短矩形贴片12两端的金属化通孔组成一对作为辐射单元的双偶极子振子1，该结构通过形成等效厚度为H的偶极子单元，实现了全向辐射，从而降低了天线的不圆度，并拓宽了天线的阻抗带宽。

分别位于正面和反面的第一长矩形贴片22、第二短矩形贴片26和弯曲贴片24组成了天线的馈电网络2，对于两侧振子的能量进行等幅同相的分配，保证天线的正常工作。

分别位于正面和反面的第三长矩形贴片32、第二长矩形贴片34、第四长矩形贴片36、第五长矩形贴片38以及若干个金属化通孔组成了SIW半开放腔体3，保证了天线在正半平面内波束尽量平坦，负半平面内基本不工作。

分别位于正面和反面的第七长矩形贴片402、第六长矩形贴片406、第八长矩形贴片410、第一等腰梯形贴片408、第二等腰梯形贴片404以及若干个金属化通孔组成了天线到SIW的转接4，兼顾巴伦、静电屏蔽和宽带匹配作用。

如图4-6所示，第一短矩形贴片12长度为L1，宽度为W1；第一长矩形贴片22长度为L2，宽度为W2；第二短矩形贴片26长度为L3，宽度为W3；第三长矩形贴片32长度为L4，宽度为W4；第二长矩形贴片34长度为L5，宽度为W5；第四长矩形贴片36长度为L6，宽度为W6；第五长矩形贴片38长度为L7，宽度为W6；第六长矩形贴片406长度为L8，宽度为W5；第二等腰梯形贴片404上底长度为W2，下底长度为W8，高为L8；第七长矩形贴片402长度为L9，宽度为W7；第一等腰梯形贴片408上底长度为W9，下底长度为W8，高为L10。所有金属化通孔的半径为R，相邻金属化通孔的间距为D，D的范围通常控制在R的1.5-2倍之间。

图5为天线的输入端反射系数测试的结果图，从图5中可以看出，该天线具有较宽的带宽，覆盖了38-62GHz。图6为天线的方向图测试的结果图，从图6中可以看出，该天线正半平面具有较低的不圆度，负半平面基本无辐射，可以作为终端天线使用。

表1示例性设计参数尺寸表

本发明公开了一种Q-频段超宽带半平面终端天线，该天线工作在Q-频段，通过基片集成波导半开放腔体的设计，实现了天线的半平面辐射特性，在保证正半平面方向图尽量平坦，起伏较低的同时，抑制了天线的负半平面的辐射；该天线性能对于介质基片的尺寸和天线对于介质基片的相对位置非常不敏感，当天线沿基片边缘移动时，方向图基本保持不变；具有结构简单、体积紧凑、低成本的优点，并且满足平面电路集成的要求。

Claims (5)

1.一种Q- 频段超宽带半平面终端天线，其特征在于：所述天线为平面结构，包括介质基片，还包括设在介质基片上的作为辐射单元的双偶极子振子（1），实现能量分配的馈电网络（2），保证天线实现半平面辐射并控制波束宽度的等效基片集成波导（SIW）半开放腔体(3)，兼顾巴伦、静电屏蔽和宽带匹配作用的天线到SIW 的转接(4)，以及介质基片上的若干个金属化通孔；所述介质基片包括两个金属面，分别称为介质基片的正面和反面。

2.根据权利要求1 所述的一种Q- 频段超宽带半平面终端天线，其特征在于：所述双偶极子振子（1）作为辐射单元，包括印刷在介质基片正面的四个第一短矩形贴片（12）和介质基片反面的四个第一短矩形贴片（12），两组贴片的相对位置完全一致；所述第一短矩形贴片（12）两端打有金属化通孔。

3.根据权利要求1 所述的一种Q- 频段超宽带半平面终端天线，其特征在于：

所述馈电网络（2），包括印刷在介质基片正面的第一长矩形贴片（22）；所述第一长矩形贴片（22）一端连接第二短矩形贴片（26）；所述第二短矩形贴片（26）两端分别连接弯曲贴片（24）一端，且弯曲贴片（24）另一端与第一短矩形贴片（12）一端连接；所述介质基片正面和反面的弯曲贴片（24）关于第二短矩形贴片（26）镜像对称；所述介质基片正面和反面的第一长矩形贴片（22）和第二短矩形贴片（26）相对位置完全一致。

4.根据权利要求1 所述的一种Q- 频段超宽带半平面终端天线，其特征在于：所述基片集成波导半开放腔体（3），包括印刷在介质基片正面的第二长矩形贴片（34）；所述第二长矩形贴片（34）两端垂直连接第三长矩形贴片（32）和第四长矩形贴片（36）；所述第四长矩形贴片（36）平行位置处设有第五长矩形贴片（38）；所述基片集成波导半开放腔体（3）印刷与介质基片正面和反面的贴片相对位置完全一致；所述第三长矩形贴片（32）、第二长矩形贴片（34）和第五长矩形贴片（38）上打有一排金属化通孔；所述第四长矩形贴片（36）一端打有金属化通孔。

5.根据权利要求1 所述的一种Q- 频段超宽带半平面终端天线，其特征在于：所述天线到基片集成波导的转接（4），包括印刷在与所述介质基片正面的第四长矩形贴片（36）连接的第六长矩形贴片（406），设于第六长矩形贴片（406）一端的第七长矩形贴片（402），以及位于介质基片正面的第一等腰梯形贴片（408）和第二等腰梯形贴片（404）；与所述第一等腰梯形贴片（408）短边连接的第八长矩形贴片（410）；所述第二等腰梯形贴片（404）的短边与第一长矩形贴片（22）连接；所述天线到基片集成波导的转接（4）印刷与介质基片正面和反面的贴片相对位置完全一致；所述第六长矩形贴片（406）上打有一排金属化通孔。